CN104977155A - 一种led配光曲线快速测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种LED配光曲线快速测量方法，包括如下步骤：（1）将图像传感器所成图像像素坐标与LED发光强度空间坐标做标定，实现LED发光强度与出射角度一一映射；（2）图像传感器拍摄接收屏上所成LED光斑图像及无LED光斑的接收屏背景图像，计算机读取图像至配光曲线测量软件；（3）将图像相减，扣除背景干扰信息；（4）对减去背景的图像做Gamma校正；（5）对Gamma校正后图像标记重心；（6）提取图像重心所在水平带像素点灰度值；（7）光强修正；（8）根据步骤（7）所得修正光强公式自动绘制配光曲线。此方法可操作性强，测量速度快、环境适应性强、测量结果具有直观性。
Description
技术领域
本发明涉及应用光学领域，特别涉及一种LED配光曲线快速测量方法。
背景技术
半导体发光二极管LED是一种重要的光电子器件，其发光原理与传统照明的白炽灯、荧光灯等光源具有很大差异，光学特性也不同，这就要求对LED光电特性的测量方法采取相应的调整。
目前LED辐射工程量的测量，如光通量、色温测量已可实现快速化，而配光曲线作为反映灯具光强分布情况的重要参数，是指导照明设计和灯具选择的重要依据，测量耗时长，长期以来一直没有一种快速测量的方法。
传统LED光强空间分布测量方法主要有三种，旋转反光镜式、运动反光镜式和旋转灯具式。中心旋转反光镜式测量需要被测光源在一个相当大的空间范围内作类圆周运动，同时反射镜和辅助轴必须与主轴以相同的角速度反向同步转动，这种测量方式对被测光源的发光稳定性及***各轴同步转动要求极高；运动反光镜式测量方法无需被测光源在空间作大范围的运动，但被测光源反射到探测器上的光束在测量过程中方向会随时变化，若探测器在各个方向上的灵敏度不一致，将会造成光度测量结果存在较大误差；旋转扫描测量，最常见的测量方法是采用一个光度探测器，可选择LED光源不动，光度探测器围绕它旋转扫描，也可旋转光度探测器不动，LED光源围绕一个固定中心点旋转。这种旋转扫描的测量方法测试时间冗长，实时性差，在测量时间内LED的结温可能会上升，使发光效率下降，光强减弱，导致测量过程的前期和后期光强数据不一致，造成较大的测量误差。
LED的发展非常迅速，测试方法和测试水平也应与时俱进。随着数码成像技术的不断提高，通过对数字图像的处理和分析，使得由图像范围内亮度分布来反映拍摄对象真实光强分布成为可能。
发明内容
本发明为解决传统LED配光曲线测试时间长，测试装置复杂、测试时效性差的问题，提出了一种LED配光曲线快速测量方法。
为实现以上发明目的，采用的技术方案是：
一种LED配光曲线快速测量方法，包括以下步骤：
S1.将图像传感器所形成图像的像素坐标与LED接收屏上光斑的强度空间坐标进行标定，实现LED发光强度与光出射角度一一映射；
S2.图像传感器拍摄接收屏上所形成的LED光斑图像及无LED照明时接收屏背景图像，计算机读取图像至配光曲线测量软件中；
S3.由软件中数字图像处理功能将图像相减，扣除背景干扰信息；
S4.对扣除背景的图像做Gamma校正；
S5.将Gamma校正后的图像二值化，查找二值边缘并从黑背景中甄别白区域，统计被标记区域的面积分布，显示区域总数并计算图像中各个区域像素总个数，找出各区域中面积最大者，标记为重心；
S6.提取重心，以光斑重心所在行为准，上下各取8行像素灰度值存入数值矩阵，对该矩阵每列数据求平均值，将各列数据平均值近似为光斑重心所在行的灰度值；
S7.根据步骤1的标定结果对Gamma校正后的LED发光图像做光强修正；
S8.根据步骤7所得修正光强公式自动绘制LED配光曲线。
步骤S1中的LED接收屏为圆柱形半透明接收屏、球形半透明接收屏，或一般弧形半透明接收屏，LED灯放置在接收屏的中心轴线位置，LED灯、LED接收屏以及图像传感器三者保持同轴关系。
步骤S1、S2中的图像传感器为CCD相机或CMOS相机。
步骤S2中配光曲线测量软件是以Matlab平台开发的具备数字图像处理功能的配光曲线测量软件，计算机对每种情况各读取单张图片至软件中处理。
步骤S4中Gamma校正对象为图像传感器所获LED发光图像的全彩色通道。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的LED配光曲线快速测量方法具有快速性，完全区别于传统测量配光曲线的旋转扫描方法，不对每个方位角逐一扫描测量，只需使用图像传感器拍摄待测LED的投射光斑图及光斑接收屏背景图，通过基于Matlab平台上开发的软件进行色阶运算，计算LED光强修正公式，即可获取LED配光曲线，在允许的误差范围内，可在几秒内完成一次测量。本发明着眼于传统LED配光曲线测量方法的不足，提出一种可操作性强、环境适应性强、测量结果具有直观性的快速测量方法，省却了传统方法复杂的测量步骤，缩短了传统方法冗长的测量时间，在误差允许的范围内能实现快速测量的目的，具有很高的应用价值。
附图说明
图1是本发明提供的较佳实施例的俯视示意图；
图2是本发明提供的较佳实施例中快速测量LED配光曲线效果示意图；
图3是本发明的工作流程图。
具体实施方式
附图仅用于示范性说明，不能理解为对本专利的限制；
以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
实施例
如图1所示为本发明提供的一较好实施例的俯视示意图，包括LED灯1、底面半径为10cm的圆柱形半透明接收屏2、同轴放置的CCD相机3以及与CCD相机连接的计算机4。
如图3所示，本发明提供的一种LED配光曲线快速测量方法包括以下步骤：
S1.将CCD相机所成图像的像素坐标与LED接收屏上光斑强度的空间坐标进行标定，实现LED发光强度与光出射角度一一映射。设计一个底面半径为10cm的圆柱形半透明接收屏，LED的发光中心处于垂直于该圆柱形接收屏底面的轴线上，同时接收屏在LED灯所处水平线上的每一个点到LED发光中心距离都是10cm，选择一条长度为31.4cm并且36等分的标定带，分别涂上黑白相间颜色，贴在接收屏中间水平带位置，每一个白色或黑色区域的长度在接收屏上对应5°的圆心角，CCD相机拍摄接收屏标定带，由配光曲线测量软件记录标定带像素之间灰度的变化，实现LED发光位置圆心角与图像中像素坐标一一对应；
S2.CCD相机拍摄接收屏上所成的LED光斑图像及无LED照明时接收屏背景图像，计算机读取图像至配光曲线测量软件中，等待进一步处理；
S3.由软件中数字图像处理功能将两张图像相减，扣除背景干扰信息；
S4.对扣除背景的图像做Gamma校正，采用0.43445的γ系数对CCD相机所获LED发光图像的全彩色通道做Gamma校正；
S5.将Gamma校正后的图像二值化处理，查找二值边缘并从黑背景中甄别白区域，统计被标记区域的面积分布，显示区域总数并计算图像中各个区域像素总个数，找出各区域中面积最大者并标记出来，其它区域设置为0。在面积最大处画出一个椭圆区域，像素意义下获取与区域具有标准二阶中心距的椭圆长轴长、短轴短、离心率，从而提取该区域的质心，即为图像光斑的重心(x0,y0)；
S6.在经Gamma校正后的图像中，以光斑重心所在行为准，上下各取8行像素灰度值存入数值矩阵，对该矩阵每列数据求平均值，将各列数据平均值近似为光斑重心所在行的灰度值，即以光斑重心为0°向左右两端每个0.5°作为一个测试点，提取图像中该像素点的灰度值存入数值矩阵；
S7.对Gamma校正后的LED发光图像做光强修正。如图1所示，LED发光分布为任意角度θ的光线，而CCD相机与该点光强直射的方向存在α角的偏离，设圆心O点为被测LED灯位置，CCD相机位置在P点，OP＝L，OA＝r，假设在CCD相机能够获取的光斑范围内的任意一点C，所对应的像素宽度为h，在O点处于中心水平线的张角为θ，BC＝h＝r·sinθ，BP＝l＝L-d，则CCD相机能够获取的最大光斑角度范围为±θm，cosθm＝r/L，CP与OC的夹角为α，α＝θ+β，则LED投射的光斑在C点的实际光强为Ireal，CCD相机所成图像的光强为Iimage，故图像中相应像素点灰度值与该点的光强之间关系为Iimage＝Ireal·cosα，故实际光强修正为
S8.根据步骤7所得光强修正公式自动绘制LED配光曲线。
综上所述，本发明提出的一种LED配光曲线快速测量方法，重点在于利用数码成像和图像处理技术分析LED发光强度的分布，并在基于Matlab平台上开发的软件进行色阶运算，光强修正，达到快速测量配光曲线的目的。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案继承上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
Claims (7)
1.一种LED配光曲线快速测量方法，其特征在于包括如下步骤：
S1.将图像传感器所形成图像的像素坐标与LED接收屏上光斑的强度空间坐标进行标定，实现LED发光强度与光出射角度一一映射；
S2.图像传感器拍摄接收屏上所形成的LED光斑图像及无LED照明时接收屏背景图像，计算机读取图像至配光曲线测量软件中；
S3.由软件中数字图像处理功能将图像相减，扣除背景干扰信息；
S4.对扣除背景的图像做Gamma校正；
S5.将Gamma校正后的图像二值化，查找二值边缘并从黑背景中甄别白区域，统计被标记区域的面积分布，显示区域总数并计算图像中各个区域像素总个数，找出各区域中面积最大者，标记为重心；
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S7.根据步骤1的标定结果对Gamma校正后的LED发光图像做光强修正；
S8.根据步骤7所得修正光强公式自动绘制LED配光曲线。
2.如权利要求1所述的LED配光曲线快速测量方法，其特征在于：LED接收屏为圆柱形半透明接收屏、球形半透明接收屏，或弧形半透明接收屏，LED灯放置在接收屏的中心轴线位置。
3.如权利要求1所述的LED配光曲线快速测量方法，其特征在于：所述步骤S1、S2中的图像传感器为CCD相机或CMOS相机。
4.如权利要求1所述的LED配光曲线快速测量方法，其特征在于：所述步骤S1中LED光源、光斑接收屏和图像传感器三者保持同轴关系。
5.如权利要求1所述的LED配光曲线快速测量方法，其特征在于：所述步骤S2中计算机对每种情况各读取单张图片至软件中处理。
6.如权利要求1所述的LED配光曲线快速测量方法，其特征在于：所述步骤S4中Gamma校正对象为图像传感器所获LED发光图像的全彩色通道。
7.如权利要求1所述的LED配光曲线快速测量方法，其特征在于：所述配光曲线测量软件是以Matlab平台开发的具备数字图像处理功能的配光曲线测量软件。
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